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Nuova soluzione per lo stoccaggio a secco di combustibile nucleare esaurito all’aperto

Trascorso un certo tempo, il combustibile di un reattore nucleare cessa di produrre energia in modo efficiente e deve essere sostituito. Gestire il combustibile nucleare esaurito (SNF), ancora altamente radioattivo e in grado di generare molto calore, è stato difficile per i paesi produttori di energia nucleare. La soluzione arriva da un progetto.

Energia

Durante il processo di impoverimento dell’uranio arricchito, le reazioni di fissione producono una serie di isotopi radioattivi instabili che, bloccati all’interno di barre di combustibile, trasformano il gruppo combustibile in una fonte di calore altamente radioattiva. Una volta esaurita la materia fissile delle barre, queste vengono rimosse dal nucleo del reattore e sostituite. In genere le centrali nucleari depositano l’SNF sott’acqua all’interno di piscine (deposito di liquidi) per raffreddarlo e proteggersi dalla fuga di radiazioni. La saturazione delle piscine di SNF ha reso necessario l’utilizzo di depositi asciutti, in cui le barre sono raffreddate ad aria e i loro fusti di stoccaggio sono utilizzati come scudi protettivi. Al giorno d’oggi, l’immagazzinamento del fusto su un’installazione di stoccaggio di combustibile esaurito (ISFSI) è la soluzione preferita, in attesa di smaltimento permanente. Tuttavia, queste ISFSI devono rispettare le dosi limite regolamentate, limitando il numero di fusti che un’ISFSI può immagazzinare. Il progetto ASM, finanziato dall’UE, ha proposto una soluzione economica, nota come ASM (Auxiliary Shielding Module), per lo stoccaggio temporaneo di SNF a secco che ottimizza la quantità utilizzando fusti metallici potenziati a doppia finalità (stoccaggio e trasporto). Una nuova soluzione L’ASM è costituito da diversi anelli in acciaio inossidabile con due flange (inferiore e superiore) e due ghiere (interne ed esterne) riempite di cemento, che circondano il fusto metallico contenente l’SNF. Dopo aver completato la progettazione preliminare, la soluzione è stata sottoposta a un processo di verifica, comprensivo di analisi radiologiche, strutturali e termiche, per consentire miglioramenti della progettazione. L’analisi radiologica ha ottimizzato la schermatura, compresi lo spessore e l’altezza, tenendo conto al contempo delle limitazioni di peso dell’ISFSI. L’analisi strutturale ha valutato la probabile influenza degli incidenti sulla base di eventi noti e ha rilevato che l’ASM si comportava con successo come ulteriore livello di protezione contro urti, ribaltamenti o sismi. Le analisi termiche hanno verificato le temperature massime sicure, insieme alla progettazione di un sistema di ventilazione costituito da sei prese d’aria nell’anello più basso, che permetteva il flusso dell’aria nello spazio tra il fusto metallico e l’ASM. «L’ASM non solo migliora il comportamento radiologico del fusto metallico, ma offre anche prestazioni termiche e strutturali superiori e al 32 % del costo, evitando le lunghe fasi di costruzione e permessi di alternative, come l’ISFSI coperta», afferma il coordinatore del progetto Jokin Rico. Progettato per essere leggero, l’ASM insieme al fusto metallico rimane sotto le 100 tonnellate (TM), pur riuscendo a ridurre la dose dei fusti di cemento. Il suo spessore può essere adattato in base alle esigenze di dose. Può anche essere installato utilizzando la stessa gru impiegata per la movimentazione del fusto, rendendo superflue funzioni aggiuntive. Un problema in rapida crescita Attualmente, delle 370 000 TM di SNF a livello globale, due terzi (circa 250 000 TM) rimangono nelle piscine di decadimento. Calcolando che la generazione di SNF passerà da 10 000 TM/anno a 15 000, entro il 2030 si dovrà creare spazio spostando il vecchio SNF in depositi asciutti, il che richiede che più di 25 000 fusti richiederanno lo stoccaggio asciutto entro il 2030, stimando che il 70 % di essi abbia sviluppato 560 000 TM di combustibile esaurito. «L’ASM risponde alle preoccupazioni delle parti interessate di SNF sulla mancanza di un modo economicamente efficiente per immagazzinare il combustibile di scarto che soddisfi i livelli di dose obbligatori, pur consentendo un numero elevato di contenitori nelle ISFSI preesistenti», afferma Rico. La fase successiva vedrà la costruzione di un prototipo ASM che dimostra il processo di produzione e installazione, nonché le prestazioni dell’assemblaggio. Inoltre, si sta lavorando per ottenere la certificazione per la soluzione, che ora beneficia dei più recenti dati relativi a combustibile e fusti di ASM.

Parole chiave

ASM, combustibile nucleare esaurito, barre di combustibile, fusti, stoccaggio, centrali elettriche, reattore, uranio, radioattivo, fissile

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